En utilisant des matériaux magnétiques innovants, une collaboration internationale de chercheurs a fait une percée dans le développement de détecteurs à micro-ondes - des appareils capables de détecter des signaux micro-ondes faibles utilisés pour les communications mobiles, radar, et d'autres applications. Les détecteurs de l'équipe sont compacts et offrent une sensibilité record. Ils sont connus sous le nom de détecteurs micro-ondes à couple de rotation (STMD), car ils utilisent le spin des électrons pour détecter les signaux micro-ondes, contrairement aux détecteurs existants, qui utilisent la charge électronique. Le détecteur amélioré de l'équipe SINANO a un grand potentiel pour être utilisé dans les futures télécommunications, réseaux de capteurs, et internet des objets.
Le composant central du STMD est composé de deux couches magnétiques distinctes. Une couche a une direction de référence, ce qui signifie que ses pôles magnétiques nord et sud sont fixes dans l'espace. La direction magnétique de l'autre couche peut changer en réponse à un courant micro-onde qui la traverse. Cela permet à la structure de produire une tension en réponse à un signal hyperfréquence externe. Le principal avantage du STMD par rapport aux technologies existantes est de combiner une grande sensibilité de détection à une faible puissance d'entrée pour détecter même des signaux très faibles. Il combine également l'efficacité énergétique avec la taille nanométrique.
À ce jour, cependant, la sensibilité de détection des STMD repose principalement sur l'application de champs magnétiques externes, ce qui entrave leur mise en œuvre pour des applications pratiques, nécessitant l'utilisation d'un aimant permanent encombrant.
En utilisant des couches magnétiques à anisotropie magnétique perpendiculaire - similaires à celles utilisées dans la mémoire magnétique à couple de transfert de spin (STT-MRAM) - l'équipe SINANO a démontré une sensibilité de détection record à température ambiante sans aucun champ de polarisation externe, et pour une faible puissance d'entrée (micro-watts ou moins). La sensibilité est 20 fois supérieure à celle des détecteurs à diode Schottky de pointe. Cela élimine le besoin de déplacer un grand nombre d'électrons à travers des fils, et élimine également le besoin d'aimants permanents ou de bobines conductrices pour fournir le champ magnétique de polarisation, économisant ainsi considérablement à la fois de l'énergie et de l'espace. Les dispositifs STMD peuvent être réduits à une taille nanométrique (0,07 m 2 dans l'étude), ce qui les rend potentiellement adaptés aux détecteurs micro-ondes compacts sur puce.
"Précédemment, il n'y avait pas eu de démonstration d'un STMD avec une sensibilité de détection suffisamment élevée à faible puissance d'entrée, et simultanément sans besoin d'un champ magnétique externe, empêchant ainsi les applications pratiques, " a déclaré le chercheur principal Z. M. Zeng, Professeur SINANO à l'installation de nanofabrication SINANO. "Nous avons réalisé toutes ces exigences dans un seul appareil."
« Une sensibilité élevée pour un signal micro-ondes ultra-faible dans un champ magnétique nul est passionnante pour les applications sans fil. Ce travail présente une nouvelle voie pour le développement de la prochaine génération de détecteurs micro-ondes sur puce. » a déclaré le co-auteur G. Finocchio, qui est professeur assistant à l'Université de Messine, Italie.
"Les dispositifs spintroniques émergents ont le potentiel de transformer l'industrie électronique, permettant des améliorations spectaculaires de l'efficacité énergétique et des performances. Un exemple immédiat est le domaine à croissance rapide de la mémoire magnétique non volatile (MRAM). Ce travail montre que les dispositifs spintroniques peuvent également apporter une valeur pratique dans une autre classe d'applications, nommément détecteurs micro-ondes à l'échelle nanométrique, " a déclaré Pedram Khalili, professeur adjoint adjoint à l'UCLA et co-auteur de l'article. "Ces appareils peuvent être intégrés dans les processus de fabrication back-end CMOS, permettant potentiellement leur intégration dans des systèmes sur puce."
Le papier, "Giant spin-torque diode sensibilité en l'absence de champ magnétique de polarisation" a été publié en ligne dans le journal Communication Nature .
